ANDRZEJ MAZUR
OCENA BIOTECHNICZNEJ REKULTYWACJI WĄWOZU
EVALUATION OF BIO-TECHNICAL RAVINE’S
RECLAMATION
Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego, Akademia Rolnicza w Lublinie
Abstract: The evaluation o f ravine’s reclamation in a view o f soil-protective efficiency o f solu
tions applied and an economic result achieved was presented in the paper. The study revealed that applied development appeared to be efficient and it stopped the development o f the ravine. Hydrotechnical buildings efficiently protected water-flow lines against linear erosion. Mainly the accumulation o f soil material is observed at the bottom o f the ravine. Targeted direction o f the wood reclamation o f ravines seems to be a rational way for management and reclamation o f areas degraded as a result o f ravine’s erosion. Dendrometrie measurements prove that the area degraded due to water erosion began more productive and large timber reserve at the level o f 346.2 m 3x h a -1 proves great production opportunities o f the habitat.
Słowa kluczowe: erozja wodna, wąwóz, umocnienia biotechniczne, rekultywacja. Key w ords: water erosion, ravine, biotechnical consolidations, reclamation.
WSTĘP
Przyspieszona erozja wodna wymieniana jest na pierwszym miejscu wśród czynników degradujących gleby w skali świata, a najbardziej destrukcyjnąjej formą jest erozja wąwozowa [Ziemnicki i in. 1975]. Obszary objęte działaniem erozji wąwozowej stają się nieużytkami, a tereny przyległe do nich mają znacznie obniżoną produktywność [Ziemnicki i in. 1980]. Rekultywacja i zagospodarowanie wąwozów jest więc zabiegiem koniecznym ze względu na dużą ich szkodliwość dla środowiska, rolnictwa i gospodarki wodnej [Józefaciuk, Józefaciuk 1998; Ziemnicki 1966].
Od wielu lat wdraża się projekty i prowadzi badania, które mają na celu wypraco wanie skutecznych metod rekultywacji i stabilizacji wąwozów. Jedną z nich jest techniczno-biologiczna zabudowa wąwozów [Józefaciuk, Józefaciuk 1989; Ziemnicki 1966]. Pionierskim obiektem w Polsce, gdzie wdrożono klasyczną zabudowę biotechniczną wg koncepcji Ziemnickiego [1966], są umocnione wąwozy w miejscowości Opoka Duża.
Celem niniejszej pracy jest dokonanie oceny biotechnicznej rekultywacji wąwozu w miejscowości Opoka Duża pod kątem gleboochronnej skuteczności zastosowanych rozwiązań i uzyskanych efektów gospodarczych.
MATERIAŁ I METODY
Obiekt badawczy położony jest w zachodniej części Wyżyny Lubelskiej w mezoregionie Wzniesienia Urzędowskie w miejscowości Opoka Duża koło Annopola [Kondracki 1998]. Podział klimatyczny zalicza omawiany teren do dzielnicy opolsko- puławskiej ze średnim rocznym opadem 520 mm [Zinkiewicz, Zinkiewicz 1975].
Badania wykonano wiosną w 2005 roku i objęto nimi największy spośród sześciu umocnionych wąwozów, w którym zabudowę techniczną wykonano w 1963 roku, natomiast biologiczną-w latach 1967/68 [Mozoła 1970; Ziemnicki 1966].
Powierzchnia wąwozu wynosi 6,77 ha, długość 1 km, średnia szerokość 50 m, a maksymalna głębokość 20 m. Średni spadek dna wąwozu wynosi 3,6%, a jego szerokość miejscami nie przekracza 1,4 m. W przekroju wąwóz jest zbliżony kształtem do litery V, zbocza są przeważnie strome i urwiste o nachyleniu od 45 do 72%. Wąwóz ma zlewnię o powierzchni 107,2 ha. Około 60% jej ogólnej powierzchni stanowiągrunty ome, natomiast las, który porasta wąwóz i obrzeża, zajmuje około 10% powierzchni zlewni.
W ramach badań wykonano pomiary niwelacyjne dna wąwozu. Porównanie otrzymanych wyników z wynikami pomiarów z roku 1963 pozwoliło na określenie zmian niwelety dna wąwozu, obliczenie kubatury osadzonego materiału glebowego oraz ocenę działania poszczególnych budowli hydrotechnicznych umacniających progi erozyjne. W celu zinwentaryzowania drzewostanu wydzielono powierzchnię próbną o wymiarach 25 x 20 m (0,05 ha), na której określono: stosunki florystyczne, strukturę grubości drzew poprzez pomiary pierśnic i wysokość drzew. Na podstawie otrzymanych wyników określono średnie parametry poszczególnych gatunków, a następnie korzystając z tablic miąższości drzew stojących [Czuraj i in. 1966] wyliczono miąższość grubizny na powierzchni próbnej i przeliczono na jednostkę powierzchni. Na powierzchni próbnej wykonano odkrywkę glebową, na podstawie której scharakteryzowano glebę zgodnie z Systematyką gleb Polski stosowaną przez PTG [ 1989]. Z poszczególnych poziomów diagnostycznych pobrano próbki glebowe do analiz laboratoryjnych, w których określono: skład granulometryczny metodą Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego, ogólną zawartość próchnicy metodą Tiurina, węglan wapnia metodą Scheiblera, przepuszczal ność wodną, odczyn gleby w H20 i KC1 metodą potencjometryczną.
WYNIKI I DYSKUSJA
Wykonana zabudowa biotechniczna przyczyniła się do stabilizacji wąwozu, który nie powiększył swoich rozmiarów. Dominująprocesy akumulacji materiału glebowego, chociaż na zboczach o wystawie S i SW widoczne są ślady rozmywów, które są wynikiem spływu do wąwozu wody z szosy zlokalizowanej powyżej zboczy. Powstałe rozmywy mogą dać początek bocznym odgałęzieniom wąwozu, jak również stanowią zagrożenie dla szosy, grożąc jej zniszczeniem w przypadku dalszego rozwoju. Analizując wyniki pomiarów niwelacyjnych dna wąwozu z lat 1963 i 2005 (rys. 1) można stwierdzić, że na całej
długości dna wąwozu wystąpiła akumulacja materiału glebowego, co doprowadziło do podniesienia się dna, wyrównania, złagodzenia jego spadku i kolmatacji urządzeń hydrotechnicznych umacniających progi erozyjne. Najwięcej materiału glebowego osadziło się w dolnej części wąwozu od hektometru 1+27 do 2+20, gdzie miąższość namułów wynosi maksymalnie 2,5 m. Osadzony tu materiał, pochodzi głównie z terenu kopalni piasku usytuowanej w latach siedemdziesiątych XX wieku w odnodze bocznej wąwozu, skąd był on transportowany z wodą podczas spływów do wąwozu głównego i
RYSUNEK 1. Profil dna wąwozu: 1 - rzędne dna w 2005 roku; 2 - namyw (+), rozmyw (-) w okresie 1963-2005 w cm; 3 - odległość w m; 4 - hektometry
FIGURE 1. The ravine bottom profile: 1 - bottom ordinates in 2005; 2 - silting up (+) and washing out (-) in the period 1963-2005 in cm; 3 - distance in m; 4 - hectometers
deponowany na jego dnie. Od chwili likwidacji kopalni i biologicznej obudowy wyrobiska nie obserwuje się nowych namywów. Średnia miąższość osadzonych namułów na dnie wąwozu wynosi około 0,62 m, co przy średniej szerokości dna 6,7 m i długości 792 m daje około 3290 m3 osadzonego materiału glebowego w ciągu 42 lat funkcjonowania zabudowy.
Wytypowana powierzchnia próbna położona jest na zboczu SE o nachyleniu 60% w dolnej części wąwozu. Występują tutaj gleby brunatne niecałkowite wytworzone z pyłu piaszczystego zalegającego na piasku luźnym. Niektóre właściwości fizykochemicz ne gleby przedstawiono w tabeli 1. Są to gleby bezwęglanowe o maksymalnej zawartości próchnicy 1,48% w poziomie A. Odczyn badanych gleb jest kwaśny w górnych poziomach diagnostycznych do obojętnego w niższych poziomach. Przepuszczalność wodna wynosi 7 x lO^m x s-1.
Powierzchniępróbnąporasta drzewostan dwupiętrowy. Pokrycie powierzchni koronami drzew wynosi około 80% (zwarcie umiarkowane). W skład górnego piętra drzew o średniej wysokości 20 m wchodzi głównie modrzew europejski {Larix decidua Mill.), natomiast topola osika (Populus tremula L.), jesion wyniosły (Fraxinus excelsior L.) i wiąz pospolity
{Ulmus minor Mili.) stanowiądomieszkęjednostkową. W dolnym piętrze drzew o wysokości
około 12 m rośnie grab zwyczajny (Carpinus betulus L.). Pokrycie podszytu wynosi około 10%. W skład jego wchodzi głównie leszczyna pospolita (Corylus avellana L.) i grab zwyczajny (Carpinus betulus L.). Pokrycie runa wynosi około 5%.
Wybrane parametry drzewostanu przedstawiono w tabeli 2. Największe rozmiary osiągnął modrzew europejski (Larix decidua Mill.) - pierśnice w przedziale 19-38 cm (średnio - 27 cm). Grab zwyczajny {Carpinus betulus L.) ma średnią pierśnicę 9,7 cm. Największą miąższość grubizny ma modrzew europejski {Larix decidua Mill.) i w przeliczeniu na 1 ha wynosi ona 244,8 m3 xha_l. Zgodnie z tablicami zasobności i przyrostu drzewostanów [Szymkiewicz 2001] odpowiada to pierwszej klasie bonitacji siedliska. Miąższość grubizny jesiona wyniosłego {Fraxinus excelsior L.) wynosi 32,8 m3xha~‘, topoli osiki {Populus tremula L.) - 24,8 m3xha_1, wiązu pospolitego {Ulmus minor Mili.) - 22,2 m3xha'1, a grabu zwyczajnego {Carpinus betulus L.) - 21,6 m3xha‘‘. Łączny zapas grubizny wszystkich gatunków wynosi 346,2 m3xha_l. Świadczy to o dużych możliwościach produkcyjnych siedliska.
TABELA 1. Niektóre właściwości fizykochemiczne gleb na powierzchni próbnej TABLE 1. Some physical and chemical properties o f soils on sample area
Poziom Horizon Głębokość Depth [cm] Próchnica Humus [%] C aC 03 [%] pH Wsp. przepuszczalności Coefficient o f perme ability [10-6 m x s-1] KC1 ą o A 0 - 2 3 1,48 0,00 . 3,7 5,9 7,893 A/Bb[ 23-33 0,80 0,00 4,6 6,2 6,794 К 33-65 0,34 0,00 6,9 7,8 7,592 D > 6 5 0,00 0,00 7,0 7,9 124,491
TABELA 2. Wybrane parametry drzewostanu na powierzchni próbnej w 2005 roku TABLE 2. Selected parameters o f the forest stand on sample area in 2005
Gatunek - Species, Liczba drzew Number o f trees Średnia wysok. Mean height [ш] Średnia pierś nic а Mean breast height diameter [cm] Miąższość grubizny Large timber volume [m3]
Zapas grubizny Large timber reserve [m3xha_1] drzewo próbne sample tree na powierz chni próbnej on sample area
Larix decidua Mill. 24 20 27 0,51 12,24 244,8
Populus tremula L. 2 21 29 0,62 1,24 24,8
Fraxinus excelsior L.4 17 26,5 0,41 1,64 32,8
Ulmus minor Mill. 3 16 24,6 0,37 1,11 22,2
Carpinus betulus L. 27 12 9,7 0,04 1,08 21,6
Ochrona gruntów przed erozją, jak i zagospodarowanie wąwozów jest jednym z zadań programu kompleksowego zagospodarowania gruntów podlegających erozji wodnej i ich rekultywacji oraz niedopuszczenia do dalszej dewastacji terenu. Przedsta wiony kierunek biotechnicznej rekultywacji wąwozu w Opoce Dużej, będącego w stadium dużej aktywności erozyjnej, należy ocenić pozytywnie. Zastosowana zabudowa zatrzymała dalszy rozwój wąwozu i postępującą degradację terenu, a ujściowy odcinek koryta Sanny od chwili wprowadzenia zabudowy nie wymagał kosztownego bagrowania, atylkow 1959 roku wydobyto 7300 m3 namułów [Kisyński 1963]. Budowle hydrotech niczne skutecznie utrwaliły progi erozyjne oraz dno przed erozją liniową nie dopuszczając do dalszego pogłębiania się wąwozu, co dało stabilną podstawę erozyjną dla zboczy i ułatwiło ich obudowę biologiczną. Oprócz skutecznej stabilizacji dna, progi żelbetowe i stopnie skrzynkowe w początkowym okresie funkcjonowania zabudowy, kiedy roślinność nie chroniła dostatecznie gleby przed erozją, przyczyniły się do zatrzymania materiału glebowego, co doprowadziło do złagodzenia spadku i wyrównania dna [Ziemnicki i in. 1979]. Również w późniejszym okresie wspólnie z zabudowąbiologiczną zatrzymują materiał glebowy transportowany wraz z wodą podczas spływów. Osadzający się materiał glebowy w poduszkach wodnych budowli powoduje zmniejsze nie wysokości progów erozyjnych, a podwyższanie się dna wąwozu w wyniku osadzania się namułów prowadzi do zespolenia budowli z otaczającą roślinnością, co jest bardzo pożądane dla estetyki krajobrazu. Obecnie niektóre budowle zostały w całości zakolmatowane i są niewidoczne lub widać tylko niewielkie fragmenty ich ścianek czołowych. Umocnienie progów erozyjnych za pomocą stopni skrzynkowych i progów żelbetowych na liniach ciekowych w wąwozach zostało pozytywnie ocenione w innych pracach [Mazur i in. 1985; Ziemnicki 1966; Ziemnicki i in. 1979, 1980]. Również Józefaciuk [1975] i Józefaciuk i Wojdała [1970] początkowo pozytywnie oceniali
działanie stopni skrzynkowych. Jednak w późniejszym okresie Józefaciukowie [1989, 1998] twierdzili, że takich rozwiązań technicznych, jakie zostały wykonane w Opoce Dużej, nie powinno się polecać jako przykładu do naśladowania, głównie ze względu na wprowadzanie sztucznych elementów do krajobrazu i wysoki koszt zatrzymania 1 m3 rumowiska. Z przeprowadzonych badań, jak również z badań innych autorów wynika, że stosowanie tego typu budowli hydrotechnicznych wydaje się być celowe, szczególnie w wąwozach, do których kierowany jest spływ powierzchniowy, a intensywny rozwój wąwozu zagraża gruntom ornym i terenom zurbanizowanym. Niecelowe natomiast wydaje się być stosowanie zapór przeciwrumowiskowych zamykających wąwóz u jego wylotu, ponieważ przy prawidłowo wykonanej zabudowie biotechnicznej w górnej części wąwozu dopływ rumowiska do zapory (rys. 1) jest niewielki. Do chwili obecnej rzędna dna nie zrównała się z rzędną piętrzenia zapory. Zaporę można zastąpić mniejszą i tańszą budowlą.
Badania dowodzą, że las najlepiej chroni glebęprzederogą[Pałys 1999] i jest racjonalnym sposobem rekultywacji i uproduktywnienia gleb zdegradowanych [Mozoła 1972]. Zalesienia wąwozów powinny oprócz funkcji ochronnych spełniać również zadania produkcyjne. Jest to możliwe przy prawidłowym dostosowaniu budowy zespołów zalesieniowych do zróżnicowanych warunków siedliskowych i odpowiedniej pielęgnacji upraw [Mozoła 1970]. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że docelowy kierunek rekultywacj i leśnej wąwozu w Opoce Dużej okazał się słuszny. Na gruntach bezpróchnicznych wytworzyła się warstwa próchniczna o miąższości 23 cm. Pomiary dendrometryczne przeprowadzone w drzewostanach świadczą, że zalesienie wąwozu i jego obrzeży doprowadziło do poprawy produktywności terenu zdegradowanego w wyniku erozji wodnej (tab. 2).
WNIOSKI
1. Czynne wąwozy powinny być zabezpieczane w pierwszej kolejności spośród wszystkich nieużytków, a ich zabudowę należy rozpoczynać od umacniania pod staw erozyjnych, co ułatwia następnie zabudowę biologiczną.
2. Budowle hydrotechniczne skutecznie utrwalają linie ciekowe, chroniąc je przed erozją liniową i przyczyniają się do zatrzymania materiału glebowego oraz sąprze- ciwerozyjnym zabiegiem o natychmiastowym działaniu po wykonaniu w terenie. 3. Zastosowanie budowli hydrotechnicznych powinno być ograniczone do niezbęd
nego minimum. Należy je stosować tylko przy zagrożeniu erozyjnym dużym i bar dzo dużym, kiedy są uzasadnione podejrzenia, że zabudowa biologiczna nie za pewni skutecznej ochrony przed procesami erozji wodnej.
4. Należy dążyć do likwidacji dróg biegnących w bliskim sąsiedztwie wąwozów, w przypadku gdy jest to niemożliwe, należy zapewnić bezpieczne odprowadzenie wody z drogi na dno wąwozu.
5. Docelowy kierunek zagospodarowania i rekultywacji leśnej wąwozów będących w stadium dużej aktywności erozyjnej, wydaje się być jedynym racjonalnym spo sobem zagospodarowania, rekultywacji i uproduktywnienia terenów zdegradowa nych w wyniku erozji wąwozowej oraz ochrony terenów przyległych.
LITERATURA
CZURAJ M., RADWAŃSK B., STRZEMSKI S: 1966. Tablice miąższości drzew stojących. PWRiL, Warszawa: 192 ss.
JÓZEFACIUK C. 1975: Rozwój wąwozów nieumocnionych i umocnionych. Pam. Puław. 65: 143-160. JÓZEFACIUK CZ. JÓZEFACIUK A. 1989: Ocena różnych metod zabudowy wąwozów lesso
wych. III. Zabudowa techniczno-biologiczna. Pam. Puław. 95: 21-34.
JÓZEFACIUK CZ. JÓZEFACIUK A. 1998: Erozja gleb i melioracje przeciwerozyjne w regionie wyżyn południowo-wschodniej Polski. Cz. III. Zagospodarowanie wąwozów. Bibl. Fragm. Agron. 4A: 197-228.
JÓZEFACIUK CZ., WOJDAŁA L. 1970: Techniczno-biologiczna zabudowa wąwozów w Wólce Gieraszowskiej. Wiad. IMUZ 9(3): 59-73.
KISYŃSKIJ. 1963: Melioracje przeciwerozyjne w wąwozach na przykładzie obiektu Opoka Duża.
Wiad. IMUZ 3(4): 169-184.
KONDRACKI J. 1998: Geografia regionalna Polski. PWN, Warszawa: 440 ss.
MAZUR Z., MAZUREK T., PAŁYS S., WĘGOREK T. 1985: Skuteczność biotechnicznej zabu dowy wąwozów w Opoce Dużej. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 292: 137-150.
MOZOŁA R. 1970: Przeciwerozyjne zalesianie wąwozów Wyżyny Lubelskiej. Praca doktorska, Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego, AR Lublin - maszynopis: 83 ss.
MOZOŁA R. 1972: Charakterystyka i próba oceny melioracji przeciwerozjnych wykonanych w wąwozach Wyżyny Lubelskiej. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 130: 91-115.
PAŁYS S. 1999: Spływy roztopowe i procesy erozyjne na terenach lessowych w 1999 roku. Acta Agrophysica 23: 107-113.
ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE. 1998: Systematyka gleb Polski. PWN, Warszawa, 40, 3/4. SZYMKIEWICZ B. 2001 : Tablice zasobności i przyrostu drzewostanów. PWRiL, Warszawa: 179 ss. ZIEMNICKI S. 1966: Zastosowanie stopnia skrzynkowego do umacniania dna wąwozów na
przykładzie wąwozu w Opoce Dużej. Wiad. IMUZ 5(4): 11-35.
ZIEMNICKI S., MAZUR Z. PAŁYS S. 1975: Rozwój wąwozu lessowego w Kwaskowej Górze.
Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 170: 7-24.
ZIEMNICKI S., PAŁYS S., WĘGOREK T. 1980: Ocena jakości i ilości materiału glebowego osadzone go na dnie umocnionego wąwozu w Opoce Dużej. Rocz. Glebozn. 31, 3/4: 203-209.
ZIEMNICKI S., WĘGOREK T., KUCYPER J. 1979: Zabudowa techniczna i roślinna wąwozów (Opoka Duża). Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 170: 77-98.
ZINKIEWICZ W., ZINKIEWICZ A. 1975: Atlas klimatyczny województwa lubelskiego 1951— 1960. Wyd. UMCS Lublin.
Dr inż. Andrzej Mazur
Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego, Akademia Rolnicza ul Leszczyńskiego 7, 20-069 Lublin
